Außerdem, was passiert auf der Erde, wenn etwas verdampft? Richtig, der Dampf breitet sich aus, weil er mehr Volumen einnimmt als vorher.
Das ist ein Zirkelschluss:
Er breitet sich aus, weil er mehr Volumen einnimmt und er nimmt mehr Volumen ein, weil er sich ausbreitet.
Im Prinzip ist "Der Dampf breitet sich aus" semantisch äquivalent zu "Der Dampf nimmt mehr Volumen ein."
Die Frage ist doch, wieso er das tut. Und hier ist die Antwort:
- Bei einer Erhöhung der Temperatur nimmt die mittlere kinetische Energie der Teilchen zu.
- Das heißt, die Teilchen schlagen stärker gegen die Außenhülle.
- Das bedeutet, der Druck auf die Hülle ist innen stärker als von außen.
- Das bedeutet, die Hülle bewegt sich in die Richtung mit weniger Druck.
- Das bedeutet, dass die Hülle immer größer wird, bis der Innendruck wieder gleich dem Außendruck ist.
- Das bedeutet, dass der Gasbehälter jetzt mehr Volumen hat als vorher.
- Das bedeutet, dass das Gas im Inneren des Behälters mehr Volumen einnimmt als vorher.
Das sich das Gas ausdehnt, ist also nur eine Folge dessen, dass die Atome beschleunigt wurden. (Und zwar in unterschiedliche Richtungen: Würden alle Gasatome in die gleiche Richtung beschleunigt werden, würde sich der Gasbehälter bewegen. Da die Atome aber in unterschiedliche Richtungen beschleunigt wurden, dehnt sich der Gasbehälter aus.)
Die ganze Hitze etc. ist nur eine Nebenprodukt des spontan entstehenden Drucks.
Eigentlich ist es genau andersrum:
Der Druck ist ein Nebeneffekt der spontan entstandenen Hitze. Wobei Hitze im Prinzip nur kinetische Energie ist. (Die im Regelfall halt Bewegungsimpulse in alle möglichen Richtungen besitzt.)
Dir ist geläufig, daß einer der Effekte, den HE-Laser aus gasförmige Stoffe haben, darin besteht, sie zu ionisieren, da ab einem gewissen Maß an thermischer Energie die Elektronen frei werden?
Ab diesem Zustand spricht man von Plasma.
Plasma ist aber ein Aggregatzustand nach gasförmig.
Dir ist auch geläufig, daß Dinge, die von außen mit hoher Geschwindigkeit in die Atmosphäre eindringen üblicherweise durch die dabei entstehden thermischen Energien ionisiert werden?
Das kommt wieder auf die dabei auftretenden Temperaturen an.
Desweiteren kommt es darauf an, ob es bereits in der Ionsophäre ionisiert war und abgelenkt wird, oder ob das Teilchen ungeladen in die Atmosphäre gelangt und erst dort ionisiert wird.
Und da ja schon das Stichwort Plasma fiel: Dir ist geläufig das Plasma grundsätzlich ionisiert ist?
Ja.
Dir ist auch geläufig, daß dieser stärkste Tornado in seinem Wirkungsgebiet einige tausend Tonnen Luft bewegt hat und man 10 Kilometer weiter nichts mehr davon gespürt hat?
Dann nehme die Explosion einer Atombombe:
Da ist die Luftbewegung (auch Druckwelle genannt) auch noch in 20km extrem drastisch.
Um die Auswirkungen zu überschlagen und sich zu überlegen, wie weit diese reichen, müsste man die Energien vergleichen:
- Tornado: 5000 Tonnen* (140 m/s)²/2 = 5 * 107 kJ
- Atombombe "Little Boy": 13 Kilotonnen TNT = 13*4*10 9 kJ = 5 * 1010 kJ
- Wasserstoffbombe: 3000 Kilotonnen TNT = 3000*4*10 9 kJ = 1 * 1013 kJ
- Nagel aus Railgun: 7 Tonnen * (3000 km/s)²/2 = 7000 kg * 9*106 * 106 (m/s)²/2 = 3 * 1013 kJ
- Zar-Bombe: 57.000 Kilotonnen TNT = 57000*4*10 9 kJ = 2 * 1014 kJ
Nur mal, um ein Gefühl für die gewaltigen Energien zu bekommen. (Es kommt natürlich auch darauf an, wie sehr sich die Energie verteilt, oder ob sie einfach ungespitzt in den Boden rammt. - Aber völlig folgenlos wird diese Energie gewiss nicht bleiben.)
Von wievielen Millarden Tonnen reden wir jetzt eigentlich bei den Geschossen?
Wir reden von einem 7 Tonnen Geschoss bei einer Geschwindigkeit von 3000 km/s.
Das macht nach der oberen Rechnung 3* 10
13 kJ kinetische Energie.
Das ist die dreifache Energie einer kleinen Wasserstoffbombe. Oder 7 Nägel haben die Energie einer Zarenbombe. (Disclaimer: Von der freiwerdenden Energie kann man natürlich nicht direkt auf das Zerstörungspotential schließen. - Aber es bildet einen guten Anhaltspunkt.)
Das Gas trifft auf die Atmosphäre wie ein Schwall Wasser auf eine Wasseroberfläche. Sämtliche wirkenden Kräfte werden in der Atmosphäre gleichförmig in alle Richtungen abgeleitet, was dazu führt, daß die Kräfte im Quadrat ihrer Entfernung abnehmen.
Ja, das stimmt.
Aber nehmen wir mal die 3* 10
13 kJ kinetischer Energie, die in die Ionosphäre aufkommen. Sie breiten sich nun kugelförmig aus. Sagen wir, ab 100 km Höhe ist die Atmosphäre dicht genug, um die ankommenden Gase merklich zu bremsen und langsam zu ionisieren.
Die Kugeloberfläche ist 4*pi*r².
Die Energie, die also unten an der Oberfläche ankommt ist:
3* 10
13 kJ /4*pi*(100 km)² *2 =0,5 *10
13 kJ / 10
10 (m/s)² = 500 kJ.
Das ist sicherlich nicht genug Energie, um direkt auf der Erde für Schaden zu sorgen. Allerdings muss man beachten, dass diese Energie in einen Umkreis von 100 km herunterkommt. Und damit ist es durchaus heftig genug, schweres Unwetter auszulösen.
(Die ganze Rechnung halt unter der Voraussetzung, dass der Nagel vollständig verdampft wurde BEVOR er in die Atmosphäre eindringt. Falls er erst im Anschluss verdampft, kommt wesentlich mehr Energie auf der Oberfläche an.)
